8.2 Автоматические регуляторы подачи долота
Под подачей долота понимают последовательное опускание верхней точки КБТ, осуществляемое в процессе разрушения породы. В установившемся режиме бурения скорость подачи долота должна быть равна скорости разбуривания породы. Если скорость подачи долота превосходит скорость разбуривания породы, то нагрузка на забой растет, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота меньше скорости разбуривания, то нагрузка на забой уменьшается, что приводит к уменьшению скорости бурения.
При ручной подаче по показаниям приборов (амперметра в цепи статора бурового двигателя и индикатора веса) периодически растормаживают барабан лебедки, что приводит к подаче долота. Ручным способом весьма трудно получить плавную и равномерную подачу долота. Эта задача решается применением автоматических регуляторов подачи долота.
При использовании автоматических регуляторов долото подается на забой автоматически в зависимости от параметров, характеризующих режим бурения, например, давления на забой или тока статора бурового двигателя.
В зависимости от места расположения автоматические регуляторы подачи долота бывают наземными или глубинными (погружными).
Наземные автоматические регуляторы подачи по конструктивному признаку силового узла разделяют на электромашинные, гидравлические и фрикционные. Если конструкция силового узла позволяет только опускать КБТ с различной скоростью, то такие автоматические регуляторы называют пассивными. Если же имеется возможность не только опускать, но и поднимать КБТ, то такие регуляторы называют активными.
Электромашинные регуляторы подачи долота активного типа РПДЭ-7, РПДЭ-8, заменившие выпускаемые ранее с электроприводом по системе Г — Д регуляторы подачи долота типа РПДЭ-3, предназначены для поддержания режимов бурения скважин при турбинном и роторном бурении. Они входят в комплект серийных буровых установок последних выпусков (РПДЭ-7 для морских буровых установок). Регуляторы обеспечивают режим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса инструмента на крюке), т.е. основной режим, и режим поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента — вспомогательный режим. Регуляторы подачи долота РПДЭ-7 и РПДЭ-8 оснащены электроприводом по системе ТП — Д.
Объектом регулирования в автоматической системе подачи долота является буровой инструмент в соприкосновении с породой. Входной величиной для объекта регулирования служит скорость подачи, а выходной (регулируемой величиной) — нагрузка на долото.
В серийно выпускаемых регуляторах подачи электромашинного типа использован способ поддержания нагрузки на долото путем формирования скорости подачи как величины, пропорциональной рассогласованию между текущим и заданным значением нагрузки. При этом нагрузка на долото является разностью между полным весом КБТ и усилием на крюке.
Функциональная схема регулятора подачи долота типа РПДЭ-8 изображена на рис. 8.6. В зависимости от грузоподъемности спускоподъемного агрегата буровой установки могут применяться два исполнения измерительного узла датчика веса — упругое кольцо растяжения или чашечная мембрана. Диапазон измерения усилия на крюке 0 — 4000 кН, выходное напряжение датчика 0—10 В, погрешность измерения усилия на крюке ±1,5 %.
Рис. 8.6. Функциональная схема автоматического
регулятора подачи долота (а); механические
характеристики электропривода {б):
1 — бурильный инструмент; 2 — талевый канат; 3 —
датчик веса; 4 — буровая вышка; 5 — барабан
лебедки; 6 — передаточный механизм; 7 — редуктор;
8 — электродвигатель (М); Uзв. Uзс, Uзт, Uзт в — сигналы
соответственно задания веса, скорости, тока якоря,
тока возбуждения
В системе управления предусмотрены также следующие виды защит:
защита тиристорного преобразователя от коммутационных перенапряжений;
быстродействующая защита от аварийных перегрузок по току;
защита от превышения максимально допустимой скорости приводного электродвигателя;
защита от перегрузки талевой системы буровой установки с помощью регулируемой системы ограничения стопорного тока электродвигателя.
Основные технические требования к электроприводу РПДЭ:
режим работы длительный с относительно спокойной нагрузкой;
пусковой момент должен быть достаточным для создания требуемого максимального усилия на крюке;
диапазон регулирования скорости от нуля до номинального значения, регулирование скорости в режиме постоянного момента;
электропривод реверсивный;
статизм механической характеристики не более 5—10 % от номинальной скорости.
К основным параметрам электропривода РПДЭ относятсяьустановленная мощность привода и максимальная частота вращения, соответствующая максимальной скорости подачи КБТ — 80 — 90 м/ч. Совмещение функций регулятора подачи и аварийного привода, рассчитанного на подъем КБТ максимального веса со скоростью, достаточной для предотвращения осложнений в стволе скважины, приводит к тому, что параметры электропривода регулятора подачи долота выбираются не по основному, а по аварийному режиму. Кроме того, электропривод регулятора подачи долота используется для подъема и кратковременного приложения максимальной нагрузки при монтаже и испытании буровой вышки.
На буровых установках в зависимости от максимальной грузоподъемности используются приводные электродвигатели РПДЭ мощностью 55, 75 и 90 кВт с номинальной частотой вращения 1000—1180 об/мин.
Основным оборудованием РПДЭ является электродвигатель и комплектное устройство управления (шкаф с силовым ТП и системой управления). Для дистанционного управления регулятором подачи долота используется аппаратура, расположенная на пульте бурильщика.